sibmedСибирский научный медицинский журналСибирский научный медицинский журнал2410-25122410-2520ИЦиГ СО РАН10.18699/SSMJ20240206sibmed-1459Research ArticleМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOMEDICINEИсследование мультинуклеации и апоптоза макрофагов БЦЖ-инфицированных мышей и продукции ими катепсинов и матриксных металлопротеиназInvestigation of multinucleation and apoptosis of macrophages of BCG-infected mice and their production of cathepsins and matrix metalloproteinaseshttps://orcid.org/0009-0006-5410-8393ИльинД. А.Il’inD. А.

Ильин Денис Александрович, к.м.н.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2 

Denis A. Il’in, candidate of medical sciences

630117, Novosibirsk, Timakova st., 2 

ilindenis.ilin@yandex.ruФИЦ фундаментальной и трансляционной медициныРоссияFederal Research Center of Fundamental and Translational MedicineRussian Federation2024270420244425257Copyright © Ильин Д.А., 20242024Ильин Д.А.Il’in D.А.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibmed.elpub.ru/jour/article/view/1459

Актуальность изучения роли макрофагов и их многоядерных форм в патогенезе туберкулезного гранулематоза определяется его широкой распространенностью, наличием тяжелых социально-экономических последствий и некротических осложнений, которые основаны на высоком деструктивном потенциале макрофагов, связанном с ролью гидролаз в деградации компонентов внеклеточного матрикса. Цель исследования – изучить особенности реализации мультинуклеации, апоптоза и экспрессии ряда гидролаз у макрофагов БЦЖ-инфицированных мышей. Материал и методы. В культурах перитонеальных клеток интактных и БЦЖ-инфицированных мышей линии BALB/c изучали интенсивность мультинуклеации и апоптоза макрофагов, особенности экспрессии ими матриксных металлопротеиназ (MMP-1, MMP-9), катепсинов (CatB, CatD), каспазы-3, белка р53. Результаты. Численность многоядерных макрофагов увеличивалась соответственно срокам эксперимента, имея максимальное значение на 3 месяца наблюдения, но через 2 месяца практически достигая этого уровня. Реализация апоптоза, мультинуклеации макрофагов имела сложный характер, обусловливая состав их субпопуляций. Динамика экспрессии исследованных гидролаз макрофагами указывала на их неравнозначную роль в некрозе тканей на различных этапах гранулемогенеза. Показана высокая функциональная способность многоядерных макрофагов к продукции ими гидролаз отдельных типов. Отмечена интенсивная экспрессия ММР-1 на ранних сроках гранулемогенеза и ее максимальное значение, как и экспрессии CatD на 3 месяца, и выраженная экспрессия ММР-9 на 6 месяцев. Заключение. Стимуляция у макрофагов пластических процессов в условиях БЦЖ-гранулематоза детерминирует формирование многоядерных макрофагов с высоким функциональным потенциалом и интенсивную экспрессию макрофагами гидролаз на 2 и 3 месяца гранулемогенеза. Это периоды высокого риска некрозных осложнений туберкулезного гранулематоза, что целесообразно учитывать при разработке методов их профилактики и терапевтической коррекции.

The relevance of the study of the role of macrophages and their multinucleated forms in the pathogenesis of tuberculous granulomatosis is determined by its wide prevalence, the presence of severe socio-economic consequences of its morbidity and necrotic complications, which are based on the high destructive potential of macrophages associated with the role of hydrolases in the degradation of extracellular matrix components. Aim of the study was to investigate the features of the multinucleation, apoptosis and expression of a number of hydrolases in macrophages of BCG-infected mice. Material and methods. The intensity of macrophage multinucleation and apoptosis, the peculiarities of their expression of matrix metalloproteinases (MMP-1, MMP-9), catepsins (CatB, CatD), caspase-3, and p53 protein were studied in peritoneal cells cultures of intact and BCG-infected BALB/c mice. Results. The number of multinucleated macrophages increased according to the terms of the experiment, having a maximum value for 3 months of observation, but after 2 months almost reaching this level. The realization of apoptosis, multinucleation of macrophages had a complex character, determining the composition of their subpopulations. The dynamics of the expression of the studied hydrolases by macrophages indicated their unequal role in tissue necrosis at various stages of granulomogenesis. The high functional ability of multinucleated macrophages to produce hydrolases of certain types is shown. Intense expression of MMP-1 in the early stages of granulomogenesis and its maximum value, as well as CatD expression for 3 months, and strong expression of MMP-9 for 6 months were noted. Conclusions. Stimulation of plastic processes in macrophages under conditions of BCG-granulomatosis determines the formation of multinucleated macrophages with high functional potential and intensive expression of hydrolases by macrophages for 2 and 3 months of granulomogenesis. These are periods of high risk of necrotic complications of tuberculous granulomatosis, which should be taken into account when developing methods for their prevention and therapeutic correction.

макрофагимультинуклеацияапоптозматриксные металлопротеиназыкатепсиныmacrophagesmultinucleationapoptosismatrix metalloproteinasescathepsinsАвтор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю академику РАН В.А. Шкурупию. Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Протеомный анализ», поддержанного финансированием Минобрнауки России (соглашение № 075-15-2021-691).The author expresses deep gratitude to his scientific supervisor, Academician of the Russian Academy of Sciences V.A. Shkurupiy. The work was performed using the equipment of the Center for Collective Use «Proteomic Analysis», supported by funding from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (agreement No. 075-15-2021-691).ReferencesШкурупий В.А. Туберкулезный гранулематоз. Цитофизиология и адресная терапия. М.: РАМН, 2007. 536 с.Shkurupy V.A. Tuberculous granulomatosis. Cytophysiology and address therapy. Moscow: RAMS, 2007. 536 p. [In Russian].Dhali A., Das K., Dhali G.K., Ghosh R., Sarkar A., Misra D. Abdominal tuberculosis: Clinical profile and outcome. Int. J. Mycobacteriol. 2021;10(4):414–420. doi: 10.4103/ijmy.ijmy_195_21Dhali A., Das K., Dhali G.K., Ghosh R., Sarkar A., Misra D. Abdominal tuberculosis: Clinical profile and outcome. Int. J. Mycobacteriol. 2021;10(4):414–420. doi: 10.4103/ijmy.ijmy_195_21Saldaña N.G., Parra M.M., Olguín H.J., Bejarano J.I.C., Soto M.P., Jiménez F.T. Tuberculosis in children in a pediatric hospital in Mexico. Am. J. Trop. Med. Hyg. 2021;106(1):75–79. doi: 10.4269/ajtmh.20-1482Saldaña N.G., Parra M.M., Olguín H.J., Bejarano J.I.C., Soto M.P., Jiménez F.T. Tuberculosis in children in a pediatric hospital in Mexico. Am. J. Trop. Med. Hyg. 2021;106(1):75–79. doi: 10.4269/ajtmh.20-1482Il’in D.A., Shkurupy V.A., Akhramenko E.S. In vitro study of the expression of CD1, CD14, CD25, CD30, CD35, CD95 receptors by macrophages of mice infected with Mycobacterium tuberculosis. Bull. Exp. Biol. Med. 2021;172(1):42–45. doi: 10.1007/s10517-021-05327-9Il’in D.A., Shkurupy V.A., Akhramenko E.S. In vitro study of the expression of CD1, CD14, CD25, CD30, CD35, CD95 receptors by macrophages of mice infected with Mycobacterium tuberculosis. Bull. Exp. Biol. Med. 2021;172(1):42–45. doi: 10.1007/s10517-021-05327-9Iljine D.A., Arkhipov S.A., Shkurupy V.A. In vitro expression of IL-1α, GM-CSF, and TNF-α by multinucleated macrophages from BCG-infected mice. Bull. Exp. Biol. Med. 2013;155(5):663–666. doi: 10.1007/s10517-013-2220-3Iljine D.A., Arkhipov S.A., Shkurupy V.A. In vitro expression of IL-1α, GM-CSF, and TNF-α by multinucleated macrophages from BCG-infected mice. Bull. Exp. Biol. Med. 2013;155(5):663–666. doi: 10.1007/s10517-013-2220-3El-Aal A.A., El-Gebaly N.S., Al-Antably A.S., Hassan M.A., El-Dardiry M.A. Post-immunization immunohistochemical expression of Caspase 3 and p53 apoptotic markers in experimental hydatidosis. Rev. Bras. Parasitol. Vet. 2016;25(3):333–340. doi: 10.1590/S1984-29612016058El-Aal A.A., El-Gebaly N.S., Al-Antably A.S., Hassan M.A., El-Dardiry M.A. Post-immunization immunohistochemical expression of Caspase 3 and p53 apoptotic markers in experimental hydatidosis. Rev. Bras. Parasitol. Vet. 2016;25(3):333–340. doi: 10.1590/S1984-29612016058Stephenson L., Byard R.W. An atlas overview of characteristic features of tuberculosis that may be encountered at autopsy. Forensic Sci. Med. Pathol. 2020;16(1):143–151. doi: 10.1007/s12024-019- 00161-yStephenson L., Byard R.W. An atlas overview of characteristic features of tuberculosis that may be encountered at autopsy. Forensic Sci. Med. Pathol. 2020;16(1):143–151. doi: 10.1007/s12024-019- 00161-yHwang K.E., Shon Y.J., Cha B.K., Park M.J., Chu M.S., Kim Y.J., Jeong E.T., Kim H.R. Tissue inhibitor of metalloproteinase-1 is responsible for residual pleural thickening in pleural tuberculosis. Tohoku J. Exp. Med. 2015;235(4):327–333. doi: 10.1620/tjem.235.327Hwang K.E., Shon Y.J., Cha B.K., Park M.J., Chu M.S., Kim Y.J., Jeong E.T., Kim H.R. Tissue inhibitor of metalloproteinase-1 is responsible for residual pleural thickening in pleural tuberculosis. Tohoku J. Exp. Med. 2015;235(4):327–333. doi: 10.1620/tjem.235.327Ong C.W., Elkington P.T., Friedland J.S. Tuberculosis, pulmonary cavitation, and matrix metalloproteinases. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2014;190(1):9– 18. doi: 10.1164/rccm.201311-2106PPOng C.W., Elkington P.T., Friedland J.S. Tuberculosis, pulmonary cavitation, and matrix metalloproteinases. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2014;190(1):9– 18. doi: 10.1164/rccm.201311-2106PPLi Y.J., Wilkinson K.A., Wilkinson R.J., Figaji A.A., Rohlwink U.K. Elevated matrix metalloproteinase concentrations offer novel insight into their role in pediatric tuberculous meningitis. J. Pediatric. Infect. Dis. Soc. 2020;9(1):82–86. doi: 10.1093/jpids/piy141Li Y.J., Wilkinson K.A., Wilkinson R.J., Figaji A.A., Rohlwink U.K. Elevated matrix metalloproteinase concentrations offer novel insight into their role in pediatric tuberculous meningitis. J. Pediatric. Infect. Dis. Soc. 2020;9(1):82–86. doi: 10.1093/jpids/piy141Kubler A., Larsson C., Luna B., Andrade B.B., Amaral E.P., Urbanowski M., Orandle M., Bock K., Ammerman N.C., Cheung L.S., … Bishai W.R. Cathepsin K contributes to cavitation and collagen turnover in pulmonary tuberculosis. J. Infect. Dis. 2016;213(4):618– 627. doi: 10.1093/infdis/jiv458Kubler A., Larsson C., Luna B., Andrade B.B., Amaral E.P., Urbanowski M., Orandle M., Bock K., Ammerman N.C., Cheung L.S., … Bishai W.R. Cathepsin K contributes to cavitation and collagen turnover in pulmonary tuberculosis. J. Infect. Dis. 2016;213(4):618– 627. doi: 10.1093/infdis/jiv458Squeglia F., Ruggiero A., Berisio R. Collagen degradation in tuberculosis pathogenesis: the biochemical consequences of hosting an undesired guest. Biochem. J. 2018;475(19):3123–3140. doi: 10.1042/BCJ20180482Squeglia F., Ruggiero A., Berisio R. Collagen degradation in tuberculosis pathogenesis: the biochemical consequences of hosting an undesired guest. Biochem. J. 2018;475(19):3123–3140. doi: 10.1042/BCJ20180482Il’in D.A., Arkhipov S.A., Shkurupy V.A. Analysis of IL-1α, bFGF, TGF-β1, IFNγ, MMP-1, and CatD expression in multinuclear macrophages in vitro. Bull. Exp. Biol. Med. 2018;164(4):456–458. doi: 10.1007/s10517-018-4011-3Il’in D.A., Arkhipov S.A., Shkurupy V.A. Analysis of IL-1α, bFGF, TGF-β1, IFNγ, MMP-1, and CatD expression in multinuclear macrophages in vitro. Bull. Exp. Biol. Med. 2018;164(4):456–458. doi: 10.1007/s10517-018-4011-3Poosti F., Bansal R., Yazdani S., Prakash J., Post E., Klok P., van den Born J., de Borst M.H., van Goor H., Poelstra K., Hillebrands J.L. Selective delivery of IFN-γ to renal interstitial myofibroblasts: a novel strategy for the treatment of renal fibrosis. FASEB J. 2015;29(3):1029–1042. doi: 10.1096/fj.14-258459Poosti F., Bansal R., Yazdani S., Prakash J., Post E., Klok P., van den Born J., de Borst M.H., van Goor H., Poelstra K., Hillebrands J.L. Selective delivery of IFN-γ to renal interstitial myofibroblasts: a novel strategy for the treatment of renal fibrosis. FASEB J. 2015;29(3):1029–1042. doi: 10.1096/fj.14-258459Zhang L., Yan J.W., Wang Y.J., Wan Y.N., Wang B.X., Tao J.H., Chen B., Li B.Z., Yang G.J., Wang J. Association of interleukin 1 family with systemic sclerosis. Inflammation. 2014;37(4):1213–1220. doi: 10.1007/s10753-014-9848-7Zhang L., Yan J.W., Wang Y.J., Wan Y.N., Wang B.X., Tao J.H., Chen B., Li B.Z., Yang G.J., Wang J. Association of interleukin 1 family with systemic sclerosis. Inflammation. 2014;37(4):1213–1220. doi: 10.1007/s10753-014-9848-7

The authors declare that there are no conflicts of interest present.